Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 13
9 kmol de H 2 O, 12.5 kmol de O 2 y 94 kmol de N 2 . Si la presión
de la mezcla es de 100 kPa, determine la presión parcial
del vapor de agua en la mezcla de gases productos de la combustión,
y la temperatura a la cual comenzaría a condensar el
agua cuando los productos se enfríen a presión constante.
13-91 Una mezcla de gases consiste de 0.1 kg de oxígeno,
1 kg de dióxido de carbono y 0.5 kg de helio. Esta mezcla
se comprime a 17 500 kPa y 20 °C. Determine la masa de
este gas contenida en un recipiente de 0.3 m 3 a) considerándolo
como una mezcla de gases ideales, b) usando un factor
de compresibilidad basado en la ley de Dalton de presiones
aditivas, c) usando un factor de compresibilidad basado en la
ley de volúmenes aditivos, y d) usando la presión y la temperatura
pseudocríticas de Kay.
13-92 Una mezcla de dióxido de carbono y nitrógeno fluye
por una tobera convergente. La mezcla sale de la tobera a una
temperatura de 500 K, con una velocidad de 360 m/s. Si la
velocidad de la mezcla a la salida es igual a la velocidad del
sonido a la temperatura de la mezcla a la salida, determine la
composición de la mezcla, a base másica.
13-93E Una mezcla de gases que consiste en 0.1 lbmol de
nitrógeno y 0.2 lbmol de oxígeno llena un dispositivo de cilindro-émbolo.
Inicialmente, este gas está a 300 psia y ocupa 5
pies 3 . Luego se deja que la mezcla se expanda a 10 pies 3 manteniendo
constante su temperatura. Determine el trabajo total
producido durante este proceso, en Btu.
13-94 Una mezcla de nitrógeno y dióxido de carbono tiene
una fracción molar de nitrógeno de 85 por ciento. Determine
el trabajo, en kJ/kg, necesario para comprimir esta mezcla isotérmicamente
en un dispositivo de cilindro-émbolo, de 100
kPa y 27 °C a 500 kPa.
13-95 Una mezcla de gases ideales tiene una relación de calores
específicos de k 1.35, y un peso molecular aparente de
M 32 kg/kmol. Determine el trabajo, en kJ/kg, que se necesita
para comprimir isentrópicamente la mezcla en un sistema cerrado
de 100 kPa y 20 °C a 1.000 kPa. Respuesta: 178 kJ/kg
Mezcla de gases
k = 1.35
M = 32 kg/kmol
100 kPa, 20 °C
FIGURA P13-95
13-96 Un dispositivo de cilindro-émbolo actuado por resorte
contiene una mezcla de gases cuyas fracciones de presión son:
25 por ciento de Ne, 50 por ciento de O 2 y 25 por ciento de
N 2 . El diámetro del pistón y el resorte se seleccionan para este
dispositivo de tal manera que el volumen es de 0.1 m 3 cuando
la presión es de 200 kPa, y 1.0 m 3 cuando la presión es de
1 000 kPa. Inicialmente, el gas se agrega a este dispositivo
hasta que la presión es de 200 kPa y la temperatura es de 10
°C. Ahora se calienta el dispositivo hasta que la presión es de
500 kPa. Calcule el trabajo total y la transferencia de calor
para este proceso. Respuestas: 118 kJ, 569 kJ
25% Ne
50% O 2
25% N 2
(por presión)
0.1 m 3
10 C, 200 kPa
FIGURA P13-96
13-97 El dispositivo de cilindro-émbolo del problema 13-96
se llena con una mezcla cuya masa es de 55 por ciento de
nitrógeno y 45 por ciento de dióxido de carbono. Inicialmente,
esta mezcla está a 200 kPa y 45 °C. El gas se calienta hasta
que el volumen se ha duplicado. Calcule el trabajo total y la
transferencia de calor para este proceso.
13-98 Calcule el trabajo total y la transferencia de calor que
se necesitan para triplicar la presión inicial de la mezcla del
problema 13-97 cuando se calienta en el dispositivo de cilindro-émbolo
equipado con resorte.
13-99 Un recipiente rígido contiene una mezcla de 4 kg de
He y 8 kg de O 2 a 170 K y 7 MPa. Ahora se transfiere calor
al recipiente, y la temperatura de la mezcla se eleva a 220 K.
Tratando el He como gas ideal y el O 2 como gas no ideal,
determine a) la presión final de la mezcla, y b) la transferencia
de calor.
13-100 Una mezcla de 75 por ciento de dióxido de carbono
y 25 por ciento de metano, a base molar, se expande a través
de una turbina, de 1.300 K y 1 000 kPa a 100 kPa. El
flujo volumétrico a la entrada de la turbina es de 180 L/s.
Determine la tasa de trabajo que realiza la mezcla usando a)
aproximación de gas ideal, y b) regla de Kay.
13-101 Una corriente estacionaria de una mezcla equimolar
de N 2 y CO 2 a 120 kPa y 27 °C se debe separar en gases N 2 y
CO 2 a 120 kPa y 27 °C. Determine el trabajo mínimo necesario
por unidad de masa de la mezcla para realizar este proceso
de separación. Suponga T 0 = 27 °C.
13-102E Las fracciones másicas de una mezcla de gases son
de 15 por ciento nitrógeno, 5 por ciento de helio, 60 por ciento
de metano y 20 por ciento de etano. Esta mezcla se expande de
400 psia y 500 °F a 20 psia en una turbina adiabática de flujo
uniforme con 85 por ciento de eficiencia isentrópica. Calcule
la eficiencia de la segunda ley y la destrucción de exergía
durante este proceso de expansión. Considere T 0 = 77 °F.
Respuestas: 84.0 por ciento, 40.7 Btu/lbm
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